基于LCC諧振變換器的半導體激光器電源的研究
發(fā)布時間：2021-03-18 21:06
半導體激光器因為其轉換效率高、波段廣、體積小、可靠性高等優(yōu)點受到了國內外科學家研究的追捧。由于半導體激光器依靠電源注入載流子工作,輸入電流的微小變化可能會導致輸出激光波長、幅值、超調等參數的變化,所以電源的優(yōu)劣對其工作性能至關重要,因此對半導體激光器電源研究十分具有價值。首先,通過分析了半導體激光器工作原理,確定出半導體激光器對驅動電源的具體要求。所研究的半導體激光器電源工作在準連續(xù)脈沖模式,即輸出電流近似為矩形波,其波形上升沿和下降沿盡可能陡,在到達設定值時平滑無過沖;輸出電壓要達到激光器伏安特性中額定電流對應的電壓。結合以上兩點輸出要求,所設計的激光器電源主要分為充電和放電兩個環(huán)節(jié)。其次,在脈沖電源最核心的脈沖放電環(huán)節(jié),根據準連續(xù)工作模式的脈沖電源輸出指標,提出了采用工作于線性狀態(tài)的MOSFET作為主功率開關管的方案,即通過控制MOSFET柵源電壓進而對負載電流進行控制,并結合閉環(huán)電路,確保輸出電流平滑穩(wěn)定無過沖。此外,為了滿足半導體激光器脈沖電源大功率輸出要求,論文采用了增加MOSFET并聯數量的方案以提升電源輸出電流等級和通過多放電模塊級聯結構提升電源輸出電壓等級的方案。針對開...
【文章來源】：燕山大學河北省
【文章頁數】：74 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
半導體激光器結構示意圖
燕山大學工學碩士學位論文-4-計中更為困難[27]。國外在激光器電源研究中取得了許多先進成果，尤其在英國、美國、日本、德國等國家，其激光器研究技術一直處于領先地位并走向成熟化道路[28]。比較典型的有英國BOHER公司的LSM-380AC-5000-20型號電源，如圖1-2所示，輸出工作電壓5kV到20kV，輸出電流0~250mA，脈沖重復頻率從連續(xù)模式到3kHz，最小脈沖寬度300μs；NorthropGrumman公司的ED4P-AXA型號的脈沖電源，最大輸出電壓350V，最大輸出電流300A，最大脈沖寬度50ms，工作頻率10kHz~100kHz[29]。圖1-2英國BOHER公司LSM-380AC-5000-20型號電源相比國外的激光器電源研究公司，國內的起步較晚但是也取得了一些可觀的成果。目前生產半導體激光器電源的國內廠商主要有武漢新特光電公司、大連泰思曼科技有限公司、中山科雄電源公司、北京吉泰基業(yè)科技有限公司等。這些公司所研制的半導體激光器電源型號和主要參數見表1-1所示：表1-1國內公司半導體激光器驅動電源主要產品技術參數最大輸出電壓/V最大輸出電流/A脈沖寬度/μs重復頻率/Hz產品型號公司名稱30035050~10001~1kSF350新特光電200350CWCWSF550新特光電1530005000~4000025~200PGM300科雄電源12060CWCWGTDC12060吉泰基業(yè)科技10k100.3~1001~10kTP3090泰思曼科技40k0.25CWCWTP3080泰思曼科技
第1章緒論-5-本文對半導體激光器電源的研究做了詳細的闡述說明，首先完成了單模塊放電單元的脈沖電源樣機，其輸出電壓范圍0~350V，脈沖電流輸出范圍0~210A，脈沖寬度0~200μs，重復頻率0~100Hz可調；其次為了提升脈沖電源的輸出電壓和輸出功率，完成了雙模塊放電單元級聯實驗，其實驗參數為輸出電壓650V，輸出電流0A~210A，脈沖寬度0μs~200μs，重復頻率100Hz，輸出電壓電流可根據應用場合調節(jié)。1.3脈沖功率技術簡介激光器脈沖電源的主要有三個組成部分：初級電源、中級儲能裝置和脈沖成型網絡(PFN)。一般的激光器脈沖電源單次輸出時間極短，但是每次需要提供巨大的能量支撐供應，所以常規(guī)的電源無法滿足其要求，而通過脈沖功率技術可以有效解決這一問題，即先將初級電源提供的能量儲存在儲能裝置中，然后再根據激光器的輸入要求瞬間釋放能量。在激光器脈沖電源的組成之中，儲能裝置所占用電源體積最大、技術難度較高。為了滿足輕便性、小型化的要求，脈沖電源研究的首要任務就是對儲能裝置和其技術的改進和優(yōu)化。目前為止，現有的脈沖功率技術主要分為三類：電感型儲能、慣性儲能和電容型儲能，下面對這三種儲能方式進行分析。電感式儲能脈沖電源主要分為兩大類拓撲結構，XRAM拓撲和meatgrinder拓撲及其各自的衍生拓撲[30]。其中XRAM拓撲如圖1-3a)所示，其工作原理是利用電感串聯時充電，在充電完成后并聯放電，以實現電流倍增的效果，它的顯著優(yōu)點是降低了開關管斷開能力的要求。但是這種拓撲中開關管的配合較為困難，控制方法較為復雜不易實現。a)XRAM基本拓撲b)meatgrinder基本拓撲圖1-3電感式儲能脈沖電源
【參考文獻】：
期刊論文
[1]影響半導體激光器物理特性的影響因素分析與研究[J]. 李諾薇,鄒維科,種法力. 激光雜志. 2020(03)
[2]基于速率方程的半導體激光器溫度特性研究[J]. 何永勃,楊偉,范廣永,張文杰. 應用激光. 2019(05)
[3]中紅外固體激光技術研究進展[J]. 周松,李茂忠,姜杰,康彬,王林,康民強,李劍彬,張帆,鄭建剛,鄧穎,崔旭東. 紅外技術. 2019(05)
[4]LCC諧振變換器的電路建模與參數設計[J]. 歐偉麗,張政權,劉慶想,張耀文,席靜怡,蔣丹. 強激光與粒子束. 2019(04)
[5]半導體激光器器件和材料研究進展[J]. 劉義鶴,江洪. 新材料產業(yè). 2019(04)
[6]砷化鎵基近紅外大功率半導體激光器的發(fā)展及應用[J]. 袁慶賀,井紅旗,張秋月,仲莉,劉素平,馬驍宇. 激光與光電子學進展. 2019(04)
[7]高精度和高穩(wěn)定性半導體激光器恒流驅動電源[J]. 田亞玲,李創(chuàng)社,張朝陽. 西安交通大學學報. 2019(03)
[8]大功率半導體激光器脈沖式恒流驅動電路設計[J]. 陳海濱,呂文濤,王可寧. 電測與儀表. 2019(02)
[9]大功率半導體激光泵浦固體激光器脈沖電源設計[J]. 趙清林,曹茹茹,王德玉,袁精,李述. 強激光與粒子束. 2018(11)
[10]基于LCC諧振變換器的PFU充電系統(tǒng)恒流特性優(yōu)化[J]. 段元超,王德玉,高鶴,趙清林. 高電壓技術. 2018(10)
博士論文
[1]基于協同工作的多個電感儲能型脈沖電源模塊的研究[D]. 劉輝.北京理工大學 2014
[2]基于固態(tài)開關的重復頻率脈沖功率源的脈沖調制技術及其應用[D]. 饒俊峰.復旦大學 2013
碩士論文
[1]新型半導體激光器電源的研制[D]. 張薿文.電子科技大學 2010
本文編號：3088933
【文章來源】：燕山大學河北省
【文章頁數】：74 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
半導體激光器結構示意圖
燕山大學工學碩士學位論文-4-計中更為困難[27]。國外在激光器電源研究中取得了許多先進成果，尤其在英國、美國、日本、德國等國家，其激光器研究技術一直處于領先地位并走向成熟化道路[28]。比較典型的有英國BOHER公司的LSM-380AC-5000-20型號電源，如圖1-2所示，輸出工作電壓5kV到20kV，輸出電流0~250mA，脈沖重復頻率從連續(xù)模式到3kHz，最小脈沖寬度300μs；NorthropGrumman公司的ED4P-AXA型號的脈沖電源，最大輸出電壓350V，最大輸出電流300A，最大脈沖寬度50ms，工作頻率10kHz~100kHz[29]。圖1-2英國BOHER公司LSM-380AC-5000-20型號電源相比國外的激光器電源研究公司，國內的起步較晚但是也取得了一些可觀的成果。目前生產半導體激光器電源的國內廠商主要有武漢新特光電公司、大連泰思曼科技有限公司、中山科雄電源公司、北京吉泰基業(yè)科技有限公司等。這些公司所研制的半導體激光器電源型號和主要參數見表1-1所示：表1-1國內公司半導體激光器驅動電源主要產品技術參數最大輸出電壓/V最大輸出電流/A脈沖寬度/μs重復頻率/Hz產品型號公司名稱30035050~10001~1kSF350新特光電200350CWCWSF550新特光電1530005000~4000025~200PGM300科雄電源12060CWCWGTDC12060吉泰基業(yè)科技10k100.3~1001~10kTP3090泰思曼科技40k0.25CWCWTP3080泰思曼科技
第1章緒論-5-本文對半導體激光器電源的研究做了詳細的闡述說明，首先完成了單模塊放電單元的脈沖電源樣機，其輸出電壓范圍0~350V，脈沖電流輸出范圍0~210A，脈沖寬度0~200μs，重復頻率0~100Hz可調；其次為了提升脈沖電源的輸出電壓和輸出功率，完成了雙模塊放電單元級聯實驗，其實驗參數為輸出電壓650V，輸出電流0A~210A，脈沖寬度0μs~200μs，重復頻率100Hz，輸出電壓電流可根據應用場合調節(jié)。1.3脈沖功率技術簡介激光器脈沖電源的主要有三個組成部分：初級電源、中級儲能裝置和脈沖成型網絡(PFN)。一般的激光器脈沖電源單次輸出時間極短，但是每次需要提供巨大的能量支撐供應，所以常規(guī)的電源無法滿足其要求，而通過脈沖功率技術可以有效解決這一問題，即先將初級電源提供的能量儲存在儲能裝置中，然后再根據激光器的輸入要求瞬間釋放能量。在激光器脈沖電源的組成之中，儲能裝置所占用電源體積最大、技術難度較高。為了滿足輕便性、小型化的要求，脈沖電源研究的首要任務就是對儲能裝置和其技術的改進和優(yōu)化。目前為止，現有的脈沖功率技術主要分為三類：電感型儲能、慣性儲能和電容型儲能，下面對這三種儲能方式進行分析。電感式儲能脈沖電源主要分為兩大類拓撲結構，XRAM拓撲和meatgrinder拓撲及其各自的衍生拓撲[30]。其中XRAM拓撲如圖1-3a)所示，其工作原理是利用電感串聯時充電，在充電完成后并聯放電，以實現電流倍增的效果，它的顯著優(yōu)點是降低了開關管斷開能力的要求。但是這種拓撲中開關管的配合較為困難，控制方法較為復雜不易實現。a)XRAM基本拓撲b)meatgrinder基本拓撲圖1-3電感式儲能脈沖電源
【參考文獻】：
期刊論文
[1]影響半導體激光器物理特性的影響因素分析與研究[J]. 李諾薇,鄒維科,種法力. 激光雜志. 2020(03)
[2]基于速率方程的半導體激光器溫度特性研究[J]. 何永勃,楊偉,范廣永,張文杰. 應用激光. 2019(05)
[3]中紅外固體激光技術研究進展[J]. 周松,李茂忠,姜杰,康彬,王林,康民強,李劍彬,張帆,鄭建剛,鄧穎,崔旭東. 紅外技術. 2019(05)
[4]LCC諧振變換器的電路建模與參數設計[J]. 歐偉麗,張政權,劉慶想,張耀文,席靜怡,蔣丹. 強激光與粒子束. 2019(04)
[5]半導體激光器器件和材料研究進展[J]. 劉義鶴,江洪. 新材料產業(yè). 2019(04)
[6]砷化鎵基近紅外大功率半導體激光器的發(fā)展及應用[J]. 袁慶賀,井紅旗,張秋月,仲莉,劉素平,馬驍宇. 激光與光電子學進展. 2019(04)
[7]高精度和高穩(wěn)定性半導體激光器恒流驅動電源[J]. 田亞玲,李創(chuàng)社,張朝陽. 西安交通大學學報. 2019(03)
[8]大功率半導體激光器脈沖式恒流驅動電路設計[J]. 陳海濱,呂文濤,王可寧. 電測與儀表. 2019(02)
[9]大功率半導體激光泵浦固體激光器脈沖電源設計[J]. 趙清林,曹茹茹,王德玉,袁精,李述. 強激光與粒子束. 2018(11)
[10]基于LCC諧振變換器的PFU充電系統(tǒng)恒流特性優(yōu)化[J]. 段元超,王德玉,高鶴,趙清林. 高電壓技術. 2018(10)
博士論文
[1]基于協同工作的多個電感儲能型脈沖電源模塊的研究[D]. 劉輝.北京理工大學 2014
[2]基于固態(tài)開關的重復頻率脈沖功率源的脈沖調制技術及其應用[D]. 饒俊峰.復旦大學 2013
碩士論文
[1]新型半導體激光器電源的研制[D]. 張薿文.電子科技大學 2010
本文編號：3088933
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